SU129841A1 - Векторомерный прибор - Google Patents

Description

Известные векторомерные устройства, ввиду их конструктивной сложности, недостаточной точности и неудобства дл  использовани  в практических цел х, имеют ограниченное применение. Однако измерени  с помощью векторов, например, в цеп х переменного тока: наход т все более широкое применение.

Предлагаемый векторомерный прибор может измер ть любые векторные величины, заданные в виде электрического сигнала переменного тока.

Прибор измер ет и записывает векторную величину в наиболее удобной дл  наблюдени  и дл  чтени  форме - в пр моугольной системе координат, поэтому на диаграмме можно читать не только мгновенные значени  векторной величины, но также ее ортогональные составл ющие . Прибор измер ет векторные величины с любой начальной фазой.

Предлагаемый векторомерный прибор состоит из двух соверщенно одинаковых устройств с пр молинейным перемещением подвижной системы , магнитопроводы которых установлены под пр мым углом.

Принципиальна  схема прибора с пр молинейным перемещением подвижной системы дана на фиг. 1.

Магнитна  цепь / прибора выполн етс  разъемной и состоит из трех частей, набранных из листовой трансформаторной стали. Конфигураци  отдельных частей магнитной цепи выполн етс  таким образом, что вдоль рабочей длины магнитонровода образуетс  воздушный зазор, посто нный по высоте. В боковых пазах магнитопровода размещены две обмотки возбуждени  2. В воздушном зазоре помещаетс  бескаркасна  подвижна  катушка 5. Прибор имеет независимую систему возбуждени . Напр жение к обмоткам возбуждени  подводитс  от сети переменного тока. Обмотки возбуждени  соедин ютс  между собой последовательно и таким образом, чтобы магнитные потоки, создаваемые ими, были бы направлены навстречу друг другу. Если магнитна 

JSfo 129841- 2 система симметрична и обе обмотки имеют одинаковое число витков, то создаваемые ими магнитные потоки будут равны по амплитуде, вследствие этого в среднем стержне магнитные потоки будут компенсировать друг друга и результирующий магнитный поток в среднем сечении среднего сердечника будет равен нулюНазовем среднее сечение сердечника нейтралью.

Магнитный поток, замыкающийс  через воздущный зазор на каждом элементарном участке магнитопровода dx:

dФ,. 2U,,gdx,

где: и,,,,. - магнитное напр жение в сечении X магнитопровода;

g - удельна  проводимость воздушного зазора на единицу длины. Проводимость воздушного зазора, при прочих равных услови х, определ етс  высотой воздушного зазора б. При посто нной высоте зазора удельна  проводимость g будет величиной посто нной и, следовательно , при посто нном магнитном напр жении: dx

Магнитный поток в среднем стержне магнитопровода будет измен тьс  по линейному закону:

где: Ф J- - величина магнитного потока в сечении X; Кф - коэффициент пропорциональности; X - рассто ние от данного сечени  до нейтрали.

Точность показаний прибора и равномерность шкалы в большой степени завис т от точности линейного изменени  магнитного потока вдоль длины сердечника. Ввиду этого при изготовлении магнитопровода должны быть с максимальной точностью выполнены воздушные зазоры, т. е. соблюдена достаточно точна  параллельность внутренних граней элементов магнитной цепи. В этом случае можно считать, что магнитна  индукци  в воздушных зазорах будет посто нной вдоль длины сердечника .

Максимальное значение магнитного потока в сердечнике обозначим

Исход  ИЗ линейного закона изменени  магнитного потока, можно написать выражение дл  магнитного потока в любом сечении магнитопровода:

ф Ф. .дгде: Ф -значение магнитного потока в сечении X магнитопровода; „акг - максимальное отклонение подвижной системы от нейтрали .

Измер емое напр жение Ui подводитс  к зажимам 4-4, с помощью безмоментных пружин напр жение подаетс  к подвижной катушке . прибора. Будем считать, что безмоментные пружины не создают механического сопротивлени  перемещению катушки.

Ток /г, протекающий через рамку прибора, будет сдвинут относительно напр жени  U на некоторый угол ф. определ емый реактивными сопротивлени ми измерительного контура, т. е. соотношением между Г; и х. Е общем случае вектор измер емого-напр жени  U; сдвинут относительно вектора магнитного потока Ф ,. всреднем сердечнике магнитной цепи на некоторый угол ij).

- const.

Ф.--Кф,

У

макс

В результате взаимодействи  активной составл ющей гока рамки ,Ф 11 Со5(ф-ф). с магнитным потоком сердечника Ф ,- создаетс  сила / ,, поддействием которой рамка переместитс  в ту или другую сторону от нейтрали.

Будем считать измер емую величину положительной, если иод действием ее подвижна  катушка перемепдаетс  вправо от нейтрали, и отрицательной , если под действием ее подвижна  система перемещаетс  влево от нейтрали. Если подвижна  катушка находитс  на нейтрали, r-.i значение измер емой величины равно пулю.

При перемещении катушки от нейтрали увеличиваетс  магнитный поток, пересекаюн ий витки катушки, и, следовательно, нропорционально магнитному потоку будет увеличиватьс  индуктируема  в витках катушки э.д.с. Индуктируема  э.д.с. вызывает в цепи пзмс|1ительио1 катушки ток I .. сдвинутый относптсльно э.д.с. на некоторый угол гр, величина которого определ етс  также соотношением активных и реактивных сопротивлений пепи. При некотором положении подвижной системы наступает равновесие, характеризуемое уравновешиванием активных составл ющих токов. / ,-„, / д.,у . В этом положении катушки сила, действующа  на нее, будет равна нулю и катушка будет находитьс  в положении устойчивого равновеси . Этому положению равновеси  соответствует некоторое перемещение подвижной катушки от нейтрали X, кспорое может служить мерой измер емого напр жени  (; Поэто.му можно градуировать шкалу прибора в единицах измер емого напр жени Таким образом, прибор работает по принципу компенсации двух напр жений, одно из которых U - измер емое, а второе Е . создаетс  в приборе при перемещении подвижной катушки вдоль среднего сердечника магнитопровода.

Электродвижуща  сила, индуктируема  в подвижной катушке, измен етс  при перемепдепии катушки вдоль сердечника пр мо пропорционально изменению магнитного потока в сердечнике и будет имет1 максимальное значение в крайних положени х подвижной катушк:, когда магнитный поток будет иметь максимальное значение.

При изменении направлени  перемещени  подвижной катушки фаза пересекающего ее магнитного потока изменитс  на 180° и, следовательно , на 180° изменитс  начальна  фаза индуктируемой в катущке э.д.с. Катушка перемещаетс  по магнитопроводу под действием силы Fj. Так как магнитна  индукци  по длине зазора имеет посто нное значение , то сила, действующа  на катушку, измен етс  пропорционально активной составл ющей тока сигнала, а следовательно, пропорционально напр жению сигнала. Если начальную фазу напр жени  сигнала изменить на 180°- то соответственно изменитс  направление силы, действующей на подвижную катушку, и катушка будет перемещатьс  is цротивоположную сторону. Следовательно, прибор обладает чувствительностью к фазе измер емого напр лсени . Шкала прибора равномерна , и ее можно градуировать в единицах напр жени . Если напр жение  вл етс  функцией какой-либо другой измер емой величины Q, го зна  аналитическую зависимость

можно градуировать шкалу прибора в единицах измер емой величины Q.

На фиг. 2 изображен предлагаемый векторомерный прибор.

Подвижные катушки обоих составл ющих приборов соединены последовательно , и последовательно с ними включаетс  измер емое напр жение f,- . Вектор напр жени  6-,- в общем случае направлен под

- 3 -Л9 129841

и, -/(Q),

№ 129841

мекоторым утлом х|: к оси Л . Ток, протекающий через измерительную цепь / , , будет отставать от напр жени  U, на некоторый угол ф, определ емый соотношением активных и реактивных сопротивлений подвижных катушек. Вектор тока можно разложить на дв.е ортогональньг : составл юшие: по оси X-I j. и по оси У- i,py

Если магнитный поток в среднем сердечнике одной магнитной системы Ф , направить но осп X, то во второй магнитной системе магнит1 ый ноток Ф должен быть сдвинут на 90 относительно магнитного потока , направленного по оси X, т. е. должен быть направлен но оси Y.

Чтобы получить магнитные потоки, сдвинутые на 90° друг относительно друга, дл  питани  обмоток возбуждени  примен ют фазосдви1ающий мост.

Если па подвижных катушках укрепить стрелки, а вдоль магнито;|| )()вода выполнить шкалы с делени ми, градуируемые в единицах изме| ) емой величины, то по положению соответствующих стрелок можно ви5уально определить значени  ортогональных составл юп1,их вектора, а гочка пересечени  стрелок покажет конец измер емого вектора, если начало координат совпадает с точкой пересечени  нейтральных линий магнитных систем.

С помощью такого нрпбора можпо измер ть векторную величину с любой фазой в пределах от О до 360°.

Значительно удобнее использовать дапный прибор не дл  визуального наблюдени , а дл  записи и регистрапии измер емых векторов.

Предмет изобретени 

Векторомерный прибор, о т „i и ч а ю щи и с   тем, что он выполнен в двух установленных взаимно-перпендикул рно магнитонроводов, несущпх на концах обмотки возбуждени , питаемые током через фазосдвигающий мост, п расположепные между этими обмотками подвижные по магнитонроводам катушки, питаемые измер емым напр жением, iiponopnHOHa.TbHbiM величине измер емого вектора, и несуи ие перпендикул рные одна к другой указательные стрелки, положеппе которых на взаимно-перпендикул рных щкалах определ ет ортогональные проекции, вектора, а точка пересечени  конец вектора.